1. Nitrogenaza - wyjaśnij pojęcie oraz przedstaw rolę jaką pełni wśród organizmów żywych.
Nitrogenaza jest kompleksem enzymatycznym katalizującym reakcje wiązania azotu. Składa się z dwóch białkowych podjednostek: nitrogenazy właściwej (białko żelazo-molibdenowe) i reduktazy nitrogenazowej (białko zawierające żelazo). Daje bakteriom możliwośc korzystania z azotu cząsteczkowego, redukowanego w obecności tego enzymu do amoniaku. Odgrywa więc znaczącą rolę w organizmach przeprowadzających odżywianie azotowe.
Funkcją nitrogenazy jest katalizowanie i rozerwanie potrójnego wiązania miedzy atomami azotu w cząsteczce N2 i redukcja tego azotu do amoniaku.
Azotobacter, Rhizobium
2. Na czym polega mechanizm wiązania azotu cząsteczkowego?
Potrójne wiązanie w cząsteczce azotu zostaje zerwane, przyłączone zostają elektrony i H+ w obeconości nitrogenazy, w efekcie czego N2 zredukowane zostaje do NH3.
- dyfuzja N2 do komórki
- transport e- na reduktazę nitrogenazową - redukcja reduktazy
- połączenie dwóch komponentów nitrogenazy
- przekazanie e- na właściwą nitrogenazę i utlenienie reduktazy
- rozdział komponentów nitrogenazy
Aby zredukować 1 mol N2 komponenty nitrogenazy łączą się i rozdzielają 8 razy.
3. Przedstaw charakterystykę bakterii wiążących azot, wolnożyjących.
Bakterie wiążące azot wolnożyjące: Azotobacter, Azomonas, Arthrobacter, Beijerinckia, Derixia, Erwinia (tlenowce); Clostridium, Chlorobium, Chromatium, Desulfovibrio (beztlenowce).
Azotobacter - pałeczki gramujemne, ruchliwe, urzęsione - z wiekiem tracą rzęski, gromadzą w swoim wnętrzu duże ilości kwasu betahydroksymasłowego, nie tworzą endospor, w warunkach suszy zmniejszają swój rozmiar i otaczają się dużą ilością śluzu - tworzą cysty, niektóre gatunki w środowisku naturalnym produkują barwniki mające chronić bakterie przed promieniowaniem UV, bezwzględne tlenowce, trudno im wiązać tlen w naturalnych warunkach, chemoorganoheterotrofy, występują powszechnie w naszych wodach i glebach, nie znoszą zakwaszenia.
4. Przedstaw charakterystykę bakterii symbiotycznych wiążących azot.
Dzielą się na:
- bakterie nie tworzące brodawek (sinice)
- bakterie tworzące brodawki:
- wchodzące w symbiozę z roślinami niemotylkowatymi (promieniowce Frankia)
- wchodzące w symbiozę z roślinami motylkowatymi (z rodziny Rhizobiacae)
Sinice - bezwzględne tlenowce, wiązanie azotu cząsteczkowego przebiega w heterocystach, komórki nitkowate, sinica Anabena symbiotyczna z paprotką Azolla, sinica Nostoc z przylaszczką.
Promieniowce Frankia - wchodzą w symbiozę z roślinami krzaczastymi i drzewiastymi (olcha, woskownica, rokitnik, oliwnik), często występują na glebach zdegradowanych, piaskach, trzęsawiskach, glebach kamienistych, mają trzy typy komórek: wegetatywne nitkowate, sporangia i pęcherzyki.
Rhizobiacae - powszechnie występują w glebach, pałeczki gramujemne, w większości chemoorganoheterotrofy, bezwzględne tlenowce, nie wiążą azotu, tylko wykorzystują jego związki - poza rośliną, gdy zakażą roślinę to w niej wiążą azot:
- Rhizobium leguminosarum - trifolii zakaża koniczynę, viciae wykę, phaeoli - fasolę
- Sinorhizobium - fredi zakaża soję, terrania akację, melloti nostrzyk
- Bradyrhizobium - zakaża łubin, seradelę i soję
Wydajność bakterii azotowych:
- wolnożyjące - 1-25 N2 na hektar na rok
- symbiotyczne - 300-400 N2 na hektar na rok
5. Porównaj cechy morfologiczne i fizjologiczne rhizobium i bakteroidu.
Rhizobium:
- niepotrafi wiązać azotu cząsteczkowego
- komórki pojedyncze
- wlonożyjące
- ruchliwe, orzęsione
- wrażliwe na tlen
- gramujemne
bakteroid:
- forma symbiotyczna Rhizobium
- wiąże azot
- nieruchliwa, nieorzęsina
- mogą tworzyć kolonie
- niewrażliwe na tlen
- duże
6. Cykl tworzenia brodawki korzeniowej.
Między rośliną a bakterią dochodzi do wymiany bodźców chemicznych - określony gatunek rośliny może być zainfekowany przez określoną bakterię, wydzieliny roślinne powodują namnożenie bakterii i umożliwiają wnikniecie do środka, następuje deformacja włośnika pod wpływem bakteryjnych auksyn, reakcją rośliny jest wytworzenie brodawki.
7. Co to jest nitragina?
Nitragina jest szczepionką glebową zawierającą szczepy Rhizobium wymiaszane z torfem. Stosowana bezpośrednio na grunt lub do zaprawiania nasion. Stosuje się ją w przypadku zmęczenia biologicznego gleby.
8. Co to jest mineralizacja i w jakach warunkach przebiega w środowisku?
Mineralizacja jest to przekształcenie związków organicznych w nieorganiczne.
Mineralizacja przebiega w warunkach tlenowych i beztlenowych, przy stosunku C:N=10. produktem są związki nieorganiczne, duże ilości CO2 oraz niewielka ilość metanu.
9. Co to jest amonifikacja, jakie bakterie przeprowadzają i jakie produkty powstają?
Rozkładowi białka w glebie towarzyszy powstawanie amoniaku. Jest to proces zwany amonifikacją. Białka rozkłada wiele grzybów i bakterii m.in w tym Bacillus cereus var. mycoides, Proteus vulgaris i bakterie z rodzaju Pseudomonas. Proces przebiega w kilku etapach, najpierw następuje dekarboksylacja, w wyniku której powstają aminy pierwszorzędowe i CO2. Produktami amonifikacji są NH3 i NH4+, wydziela się woda i przenosnik elektronów np. NAD.
10. Wyjaśnij dlaczego po wprowadzeniu do gleby słomy zbóż nie będziemy obserwować wydzielania się jonu amonowego?
Nie obserwujemy wydzielania się jonów amonowych, ponieważ dochodzi do zachwiania stosunku C:N; mamy wtedy do czynienia z procesem uwsteczniania, w którym wykorzystywany jest cały zapas jonów amonowych.
11. Przy jakim stosunku C:N obserwujemy w środowisku mineralizację, uwstecznianie, równowagę miedzy procesami?
Przy stosunku C:N = 12,5 - 16,6 W=1 równowaga
Przy stosunku C:N = 80 W<1 wstecznianie
Przy stosunku C:N = 10 W>1 mineralizacja
12. Omów udział mikroorganizmów w obiegu azotu w przyrodzie.